JP2001254145A - ばね鋼およびその製造方法 - Google Patents
ばね鋼およびその製造方法Info
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Abstract
向上を図ることのできるばね鋼およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】 焼入れ、焼戻しの工程を経てばね鋼を得
るにあたり、表面の焼入れ温度をA3点未満とし、表面
から0.01mm以上0.20mm以下の表層部に、初
析フェライトとソルバイトとの混合組織を主体とする脱
炭層を形成する。
Description
装置を構成するコイルばねや板ばね等に用いられるばね
鋼およびその製造方法に関する。
に各種パーツの軽量化が常に課題となっているが、近年
では、省エネルギー、省資源、低公害等の見地から、そ
の要求が益々高まっている。このような背景から、上記
懸架装置の各種ばねにも軽量化が求められており、その
ための手段としては、材料の強度を向上させることが有
効である。ところが、ばね鋼の強度向上を図るために硬
さを上げると、応力腐食割れや腐食疲労強度の低下が生
じ、ばねの早期折損を招くおそれがある。これは、腐食
しやすい環境に曝される懸架装置のばねにとっては顕著
な問題である。そこで従来では、耐腐食性を補う特性を
有する種々の元素(例えばNi,Cr)を添加して、強
度と耐久性の相反する特性を向上させていた。
性を補う元素の添加は、添加量が例え微量であってもコ
ストの上昇を招くことになる。そのようなばね鋼は、コ
ストダウンの傾向が目覚ましい昨今の市場の要求に適合
しにくく、実用的に不利であることは否めなかった。よ
って本発明は、コストの上昇を招くことなく、強度の確
保および腐食疲労寿命の向上を図ることのできるばね鋼
およびその製造方法を提供することを目的としている。
から0.01mm以上0.20mm以下の表層部に、初
析フェライトとソルバイトとの混合組織を主体とする脱
炭層が形成されていることを特徴としている。本発明で
は、表層部が炭素濃度の低い脱炭層であることにより表
面の硬さが比較的低くなっており、その結果、腐食疲労
寿命が向上する。
のばね鋼を好適に製造する方法であって、焼入れ、焼戻
しの工程を経てばね鋼を得るにあたり、表面の焼入れ温
度をFe−C系状態図におけるA3点未満とすることを
特徴としている。
層部は脱炭により炭素濃度が低下する。このことは、表
層部のA3点を上昇させる。一方、内部(母材)は脱炭
の影響がなくA3点は表面より低いままである。焼入れ
時に同一の冷却速度であってもA3点が高い場合は初析
フェライトが生じやすくなる。そこで、表面から0.0
1mm以上0.20mm以下の表層部を母材の0.25
〜0.9倍の炭素濃度とすることで、表層部の一部に初
析フェライトが生じやすくなる。焼入れによっても初析
フェライトはマルテンサイト変態しない。次の焼戻し工
程では、脱炭層中のマルテンサイトがソルバイトに変態
し、これら初析フェライトとソルバイトとの混合組織を
主体とする脱炭層が形成される。すなわち、本発明のば
ね鋼を得ることができる。脱炭層の深さは、この混合組
織、もしくは、この混合組織層と表面側に積層したフェ
ライト脱炭層とからなる全脱炭層をもってその深さとさ
れる。材料は焼戻しにより炭化物が微細に析出して組織
が安定化するとともに、靱性が向上する。本発明のばね
鋼の製造方法によれば、通常行われる焼入れ、焼戻しの
工程によって耐腐食性を付与することができるので、コ
ストの上昇を招くことがない。その結果、市場の要求に
適合した安価なばね鋼を提供することができる。
を形成することによりばね鋼の表面硬さを比較的低く
し、これにより、切欠き感受性の低下、ひいては腐食疲
労寿命の向上を図るものである。この効果が十分に引き
出され、かつ大気耐久性や耐へたり性等が確保され得る
脱炭層の深さは、上記範囲の中で、ばね鋼の直径1.5
%以下、または0.20mm以下が好ましい。さらに、
脱炭層の炭素濃度は、母材の炭素濃度の0.25〜0.
9倍が好ましい。さらに、上記フェライト脱炭層はでき
るだけ浅いか、もしくは存在しないことが望ましいが、
存在する場合には、0.04mm以下の深さが望まし
い。
すA,Bの組成を有するばね鋼の材料(鋼線)を、加熱
炉でA3点以上の温度(γ域)に加熱し、その温度域を
保持しつつコイルばねに成形した。次いで、油焼入れ、
焼戻しを行い、A組成で熱処理条件の異なる4種類のコ
イルばねA−1,A−2,A−3,A−4と、B組成で
熱処理条件の異なる2種類のコイルばねB−1,B−2
を得た。これらコイルばねの諸元を、表2に示す。コイ
ルばねA−1,B−1は、油焼入れ温度(油に投入する
際の温度)がA3点以上の通常のオイルテンパー線であ
り、本発明の製造方法から逸脱する比較例である。一
方、コイルばねA−2〜A−4、B−2は、表面の油焼
入れ温度がA3点未満の本発明に係る実施例である。
−2につき、以下の観察ないしは試験を行った。A.金属組織観察 表面から内部にわたる内部組織を光学顕微鏡で調べた。
図1〜図4は、コイルばねA−1〜A−4の顕微鏡写真
であり、これら図で(a)は表層部に形成された脱炭層
がもっとも深い部分を、また、(b)は脱炭層がもっと
も浅い部分の断面を示している。なお、A−1について
は脱炭層が形成されていないため、任意の2箇所を示し
ている。
微鏡写真から表層部の低炭素成分層すなわち脱炭層の深
さを求め、さらにその脱炭層の炭素濃度を調べた。その
結果を、表3に示す。
部硬さ(Hv)分布を測定した。その結果を、図5に示
す。
の耐久性試験を行った。コイルばねの表面全面に、塩水
(5%NaCl水溶液)を30分噴霧する。次いで、加
振圧力が735±441MPaの加振を大気下で連続し
て3000回行う。次いで、温度26℃、湿度95%の
恒温恒湿層の中に23時間放置する。このサイクルを1
日で完了するものとし、各コイルばねにつき2本ずつ行
って2本が折損するまで繰り返した。折損するまでの加
振回数と、寿命向上率(通常のオイルテンパー線である
コイルばねA−1の折損回数に対する向上率)を表4に
示す。
折損部近傍の断面を光学顕微鏡で観察した。それぞれの
顕微鏡写真を、図6(a),(b)に示す。
べる。図1〜図4に示した顕微鏡写真ならびに表2で明
らかなように、本発明の焼入れ方法を採用したコイルば
ね(A−2〜A−4,B−2)の表層部には脱炭層が形
成され、一方、従来の熱処理を施したコイルばね(A−
1,B−1)の表層部には顕著な脱炭層は形成されなか
った。本発明に係るコイルばねA−2〜A−4を例にと
ると、A−2では深さ0.03mmまでの全脱炭層が形
成され、A−3では深さ0.01〜0.05mmの全脱
炭層が形成された。この全脱炭層は、図7のさらに拡大
した顕微鏡写真で明らかなように、マルテンサイトが変
態したソルバイト(灰色部分)中に初析フェライト(白
い部分)が分散した混合組織であることが認められた。
また、A−4では深さ0.03〜0.10mmの全脱炭
層が形成され、さらに表面側にはフェライト脱炭層が認
められた。フェライト脱炭層以外の脱炭層は、初析フェ
ライトとソルバイトとの混合組織である。
ばねA−2〜A−4は、脱炭層が形成されていないA−
1と比較すると、表層部の硬さが低く、したがって切欠
き感受性が低下して腐食疲労寿命の向上が図られている
ことが想定される。図6(a)に示すように、表層部の
硬さが比較的高いコイルばねA−1は、折損の起点とな
る腐食ピットが深く生成しているのに比べ、図6(b)
に示すように、表層部の硬さが比較的低いコイルばねA
−4では、腐食ピットが滑らかになるとともに深いピッ
トが生成しにくくなっている。したがって、本発明の熱
処理方法により、表層部の硬さが低下するに伴い切欠き
感受性が低下することが判る。また、深さが0.08m
mに至ると硬さはほぼ同等となり、強度が十分に確保さ
れることが認められた。
よれば、強度が確保されつつ腐食疲労寿命の向上を図る
ことができる。また、本発明のばね鋼の製造方法によれ
ば、腐食疲労寿命が向上したばね鋼を安価に製造するこ
とができる。
ルばねの表層部の内部組織を示す顕微鏡写真である。
係るコイルばねの表層部の内部組織を示す顕微鏡写真で
あって、(a)は脱炭層がもっとも深い部分、(b)は
脱炭層がもっとも浅い部分を示している。
例に係るコイルばねの表層部の内部組織を示す顕微鏡写
真であって、(a)は脱炭層がもっとも深い部分、
(b)は脱炭層がもっとも浅い部分を示している。
の実施例に係るコイルばねの表層部の内部組織を示す顕
微鏡写真であって、(a)は脱炭層がもっとも深い部
分、(b)は脱炭層がもっとも浅い部分を示している。
ねの内部硬さ分布を示す線図である。
(a)は比較例、(b)は実施例である。
写真である。
Claims (2)
- 【請求項1】 表面から0.01mm以上0.20mm
以下の表層部に、初析フェライトとソルバイトとの混合
組織を主体とする脱炭層が形成されていることを特徴と
するばね鋼。 - 【請求項2】 焼入れ、焼戻しの工程を経てばね鋼を得
るにあたり、表面の焼入れ温度をA3点未満とすること
を特徴とするばね鋼の製造方法。
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JP2000064449A JP4159011B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | ばね鋼およびその製造方法 |
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